【摘要】：HEVC作為H.264/AVC后的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),其初衷主要是相比于H.264/AVC能夠節(jié)省一半的碼率。然而,由于HEVC引入了新的特性,招致了更高的計(jì)算復(fù)雜度。伴隨著芯片集成化工藝的發(fā)展,集成化的眾核平臺(tái)開(kāi)始面向市場(chǎng),并成功運(yùn)用在相關(guān)應(yīng)用上。所以本文選擇采用TILE-Gx36集成化眾核平臺(tái)來(lái)開(kāi)展研究工作,深入探究HEVC中可用于并行處理的模塊以及語(yǔ)法單元,合理利用平臺(tái)的眾核資源,設(shè)計(jì)相應(yīng)的資源調(diào)度方案,提升編碼效率。本文的主要研究成果包括以下三個(gè)方面:(1)設(shè)計(jì)了一種高并行度的幀內(nèi)/幀間聯(lián)合WPP編碼方案。由于HEVC中的波前并行算法并行度較低,本文通過(guò)分析CTU在幀內(nèi)和幀間的依賴(lài)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)當(dāng)CTU在幀內(nèi)編碼完成且滿(mǎn)足幀間依賴(lài)性后,不用等待該幀后續(xù)CTU編碼完成便能開(kāi)啟后續(xù)幀的編碼工作,據(jù)此進(jìn)一步提高并行編碼的并行度,同時(shí)針對(duì)實(shí)際編碼中受限的多核資源,制定相應(yīng)的資源調(diào)度策略,提升多核資源的利用率,加快整體編碼進(jìn)程。(2)設(shè)計(jì)了一種高并行度的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)方案。深入分析運(yùn)動(dòng)估計(jì)并行算法存在的數(shù)據(jù)間的依賴(lài)關(guān)系與提高并行度兩方面的矛盾,對(duì)此通過(guò)利用有向無(wú)環(huán)圖有效表示數(shù)據(jù)間依賴(lài)關(guān)系,并利用其入度矩陣來(lái)更新循環(huán)處理后的依賴(lài)關(guān)系,然后以MER中PU為基礎(chǔ)單元進(jìn)行并行處理,進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)的并行度,整體上提高并行編碼加速比。(3)設(shè)計(jì)了一種快速環(huán)路濾波并行方案。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn),由于環(huán)路濾波中的去方塊濾波與預(yù)測(cè)處理、SAO與去方塊濾波間均存在一個(gè)LCU行的高時(shí)延,從而嚴(yán)重影響并行編碼效率。對(duì)此通過(guò)將LCU進(jìn)行分割處理,實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)與去方塊濾波隔離處理。此時(shí),去方塊濾波則無(wú)需再間隔一個(gè)LCU行的延時(shí),可以更快地對(duì)編碼后LCU進(jìn)行處理,SAO在去方塊處理后也可以更快進(jìn)入工作,整體上改善高時(shí)延問(wèn)題,提高編碼效率。本文針對(duì)所設(shè)計(jì)的三種方案在多核平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn),分別設(shè)計(jì)了測(cè)試實(shí)驗(yàn)和相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。其中高并行度的幀內(nèi)/幀間聯(lián)合WPP編碼方案在保證不影響編碼質(zhì)量條件下,并行加速比能夠達(dá)到9.2;高并行度的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)并行方案提高了并行度,顯著提高了視頻編碼的速度,其并行加速比可達(dá)到30.2;快速環(huán)路濾波并行方案降低了該模塊與預(yù)測(cè)編碼間的時(shí)延,最大并行加速比達(dá)到2.98。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出本文所設(shè)計(jì)的并行編碼技術(shù)既能保證了視頻質(zhì)量,又提升了并行編碼的效率。
【圖文】：

圖 2.1 HEVC 框架圖2.3 HEVC 編碼結(jié)構(gòu)H.264/AVC 中，視頻進(jìn)行編碼時(shí)通常是對(duì)每一幀圖像進(jìn)行分塊處理，且大小固定，但是隨著視頻序列分辨率的逐漸提升，且圖像內(nèi)容重要性也不一樣，只有自適應(yīng)尺寸的圖像塊進(jìn)行編碼，才能夠方便捕捉圖像更多內(nèi)容，消除視頻圖像空間上的冗余度。因此 HEVC 編碼標(biāo)準(zhǔn)提出了一種與 H.264 標(biāo)準(zhǔn)不同的圖像分割方式，不再采用固定尺寸大小的宏塊，，而是將編碼樹(shù)單元 CTU(CodingTreeUnit)作為圖像分割的基本單元[34]。每個(gè) CTU 包含了同一位置的一個(gè)亮度編碼塊 CTB(Coding Tree Block)和兩個(gè)色度編碼塊 CTB。其中，CTU 是圖像進(jìn)行四叉樹(shù)分割時(shí)的基本單元，其包含了 CTB 編碼樹(shù)塊以及與 CTB 塊相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)法元素。CTU 所包含的像素?cái)?shù)最大為 64×64，最小為 8×8，當(dāng)然對(duì)于不同深度的每一個(gè) CTU 都可以對(duì)其采用四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，在四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)的末端，會(huì)形成若干編碼單元 CU(CodingUnit)，編碼單元?jiǎng)t是 HEVC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行視頻編解碼操作時(shí)最基本的處理單元。圖 2.2(a)所示為 CTU 到 CU 的劃

整體上使得編碼性能進(jìn)一步改善。幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式主要用來(lái)消除視頻圖像序列同一幀內(nèi)處于鄰正處于編碼階段像素之間的空間相關(guān)性，去除圖像的空的8種方向預(yù)測(cè)模式，HEVC幀內(nèi)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)角度則顯得HEVC 提供了 33 種不同的幀內(nèi)預(yù)測(cè)方向，外加平面與直流個(gè)都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的編號(hào)。如圖 2.4 所示為 HEVC 標(biāo)準(zhǔn)中的模式（模式 0）適用于圖像紋理變化趨勢(shì)緩慢、相對(duì)平滑點(diǎn)分別采用不同的預(yù)測(cè)值；直流預(yù)測(cè)模式（模式 1）則適塊的所有像素均采用同樣的預(yù)測(cè)值。整個(gè) HEVC 幀內(nèi)預(yù)測(cè)素的獲取、參考像素的濾波、預(yù)測(cè)像素值的計(jì)算。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN919.81

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2688146